(57)【要約】【課題】  本発明は、ガス化溶融炉から排出される未燃含有ガスと未燃含有固体に分離し、未燃含有気体は燃焼炉で燃焼させ、未燃含有固体は旋回溶融炉内の還元雰囲気中でスラグ化する未燃含有固体の溶融方法及び溶融炉を提供する。【解決手段】  本発明は、ガス化炉より排出される未燃分含有ガスをサイクロンでチャーと排ガスに固気分離させ、分離したガス燃焼炉で燃焼させ、燃焼後の排ガスはボイラで熱回収され、燃焼時発生した灰は、燃焼炉とボイラとの連結部下部に連結した溶融炉内で溶融する溶融方法において、前記サイクロンで分離したチャー前記溶融炉内壁に沿わせて旋回を掛けながら吹き込むこと、また、上記溶融炉内は還元雰囲気でスラグを生成させることを特徴とするチャーの旋回溶融方法である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉より排出される未燃分含有ガスをサイクロンに導き、該サイクロンでチャーと排ガスに固気分離させ、分離した排ガスは前記サイクロンと連通している燃焼炉に導入して燃焼させ、燃焼後の排ガスはボイラで熱回収し、一方、前記分離したチャーは、チャー旋回溶融炉に供給して旋回溶融する方法において、前記溶融炉内は還元雰囲気としてスラグを生成させることを特徴とするチャーの旋回溶融方法。
【請求項２】
上記チャーに空気、純酸素、酸素富化空気のいずれかの気体をチャーの量に対して空気比０．７〜１．０で吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のチャーの旋回溶融方法。
【請求項３】
上記溶融炉内に、上記サイクロンで分離した排ガスの一部を、供給することを特徴とする請求項１または２に記載のチャーの旋回溶融方法。
【請求項４】
上記溶融炉内に、上記サイクロンで分離した排ガスの一部を、溶融炉内壁に沿うように旋回を掛けて供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチャーの旋回溶融方法。
【請求項５】
上記旋回溶融炉の排ガスは、燃焼炉とボイラとの連結部内に設けた後燃焼部に流出させ、高温の燃焼炉の排ガスと合流した上で、後燃焼部に設置したバーナーにより燃焼空気を供給することで排ガス中未燃分を完全燃焼することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチャーの旋回溶融方法。
【請求項６】
ガス化炉と、該ガス化炉より排出される未燃分含有ガスをチャーと排ガスに固気分離させるサイクロンとを連通し、分離したガスを燃焼する燃焼炉と、燃焼後の排ガスの顕熱を回収するボイラとをケーシングで連結し、連結したケーシングに前記チャーを旋回溶融する旋回溶融炉を連結させたことを特徴とするチャーの旋回溶融炉。
【請求項７】
上記旋回溶融炉で発生するガスを燃焼する後燃焼室を上記燃焼炉とボイラとの間のケーシング内に設けたことを特徴とする請求項６に記載のチャーの旋回溶融炉。
【請求項８】
上記旋回溶融炉は燃焼炉とボイラとを連結するケーシング下部に連続して一体構造としたことを特徴とする請求項６または７に記載のチャーの旋回溶融炉。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化溶融炉から排出される未燃含有ガスと未燃含有固体に分離し、未燃含有気体は燃焼炉で燃焼させ、未燃含有固体は旋回溶融炉内の還元雰囲気中でスラグ化する未燃含有固体の旋回溶融方法及び旋回溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、産業廃棄物等の廃棄物を流動床で部分燃焼してガス化し、このガスを可燃ガス未燃含有固体に分離し、この未燃含有固体を溶融炉に導入して高温溶融しスラグ化する廃棄物のガス化溶融処理方法がある。
【０００３】
特許文献１には、廃棄物を流動床で部分燃焼させ、この流動床から生成ガスを固気分離して可燃ガスと発熱量が高く、かつ、発熱量がほぼ一定である未燃分含有固体とに分離し、この可燃ガスを燃焼炉に導入して燃焼させ、発熱量が高く、かつ、発熱量がほぼ一定である未燃含有固体のみを溶融炉に導入し燃焼させて灰分を溶融させる廃棄物のガス化溶融処理方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には廃棄物のガス化溶融処理方法が記述されている。すなわち、廃棄物は、まず、流動床ガス化炉に投入され、廃棄物の燃焼に必要な理論空気量の約０．１〜０．３程度の空気比の空気供給による酸欠状態で部分燃焼され、５００〜６００℃に加熱され、ガス化される。流動ガス化炉で生成された、チャー、タール等を含む熱分解ガスは旋回溶融炉に送られ、補助燃料なしで１２００〜１５００℃の高温で燃焼する。この旋回溶融炉では空気比が１．３程度で燃焼が可能である。このように流動床ガス化炉で発生させた熱分解ガスを旋回溶融炉に送って燃焼させ、燃焼灰はスラグとして回収し、燃焼ガスは後段のボイラに送られ顕熱が回収される、廃棄物のガス化溶融処理方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、廃棄物は前処理の後、ロータリキルン式熱分解反応器に投入され、加熱空気により４５０℃程度に間接加熱されガス化され、熱分解ガス及び、可燃分を含む熱分解残留物は燃焼溶融炉に送られ、１３００℃の高温で燃焼し、残留物中の灰分はスラグとして回収され、燃焼排ガスは後段の熱交換機やボイラに送られ、顕熱が回収される、廃棄物のガス化溶融処理方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３０４６２５５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０８１７号公報
【特許文献３】特開２００１−２８０６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固気分離して未燃含有固体のみを溶融炉に導入未燃含有固体を燃焼溶融させ、灰分をスラグ化し、燃焼ガスの顕熱をボイラで回収するものでは、溶融炉内での燃焼溶融には空気が導入されて未燃含有固体を燃焼溶融させるが、空気は未燃含有固体を完全燃焼させるため空気比は１．０以上が必要となり、溶融炉は酸化雰囲気で処理されることになる。未燃含有固体には炭素のほか亜鉛や鉛のような重金属も含まれており、溶融炉が酸化雰囲気の場合、これら重金属は、充分に揮発することなくスラグ中に残存するため、再利用時の溶出やスラグ中重金属含有量の規制への抵触が問題となり、有効に再利用ができない。
【０００７】
特許文献２及び特許文献３に開示された技術においても、旋回溶融炉又は燃焼溶融炉内に導入された灰を空気比１．３程度の酸化雰囲気で溶融するため、灰中に含有される重金属が充分に揮発することなくスラグ中に残存し、再利用時の溶出やスラグ中重金属含有量の規制への抵触が問題となり、有効に再利用できない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであって、下記構成を要旨とする。
（１）ガス化炉より排出される未燃分含有ガスをサイクロンに導き、該サイクロンでチャーと排ガスに固気分離させ、分離した排ガスは前記サイクロンと連通している燃焼炉に導入して燃焼させ、燃焼後の排ガスはボイラで熱回収し、一方、前記分離したチャーは、チャー旋回溶融炉に供給して旋回溶融する方法において、前記溶融炉内は還元雰囲気としてスラグを生成させることを特徴とするチャーの旋回溶融方法。
（２）上記チャーに空気、純酸素、酸素富化空気のいずれかの気体をチャーの量に対して空気比０．７〜１．０で吹き込むことを特徴とする前記（１）に記載のチャーの旋回溶融方法。
（３）上記溶融炉内に、上記サイクロンで分離した排ガスの一部を、供給することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のチャーの旋回溶融方法。
（４）上記溶融炉内に、上記サイクロンで分離した排ガスの一部を、溶融炉内壁に沿うように旋回を掛けて供給することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のチャーの旋回溶融方法。
（５）上記旋回溶融炉の排ガスは、燃焼炉とボイラとの連結部内に設けた後燃焼部に流出させ、高温の燃焼炉の排ガスと合流した上で、後燃焼部に設置したバーナーにより燃焼空気を供給することで排ガス中未燃分を完全燃焼することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のチャーの旋回溶融方法。
（６）ガス化炉と、該ガス化炉より排出される未燃分含有ガスをチャーと排ガスに固気分離させるサイクロンとを連通し、分離したガスを燃焼する燃焼炉と、燃焼後の排ガスの顕熱を回収するボイラとをケーシングで連結し、連結したケーシングに前記チャーを旋回溶融する旋回溶融炉を連結させたことを特徴とするチャーの旋回溶融炉。
（７）上記旋回溶融炉で発生するガスを燃焼する後燃焼室を上記燃焼炉とボイラとの間のケーシング内に設けたことを特徴とする前記（６）に記載のチャーの旋回溶融炉。
（８）上記旋回溶融炉は燃焼炉とボイラとを連結するケーシング下部に連続して一体構造としたことを特徴とする前記（６）または（７）に記載のチャーの旋回溶融炉。
【発明の効果】
【０００９】
溶融炉部を還元雰囲気とすることで、スラグ中の重金属の揮発を促進させ、重金属のスラグ中含有量を減少させることができ、再利用時における溶出や含有量規制への抵触の心配が不要な良質のスラグを採取することができる。またその際、還元ガスを炉内に吹き込むことで還元雰囲気を強め、揮発を更に促進する。この還元ガスの吹き込みは溶融炉内壁に添うように旋回をかける様行うことで、溶融炉壁面を流れ落ちてくるスラグとの接触を良好にし、その効果を一層高めることができる。
【００１０】
また溶融炉部を還元雰囲気とすることで、溶融炉排ガス中に未燃分が残るが、溶融炉の後流に後段燃焼域を連結しているため、この後段燃焼域で燃焼炉及び溶融炉から発生する排ガスを完全に燃焼させることができ、ダイオキシンの再合成の源となる未燃炭素の出現も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明を図に基づいて詳細に説明する。
図１において、流動床ガス化炉１に廃棄物投入口２より投入された廃棄物は、流動床炉１内で理論空気量の３０％以下で、温度が５００〜６００℃程度に加熱されガス化される。ガス化されたガスはＣＯ、Ｈ２、メタン等を主成分とする可燃ガス、及びチャーと呼ば れる未燃分含有固体を主成分とする固形物からなっている。これらガス化されたガスは流動床ガス化炉１にダクト５を介して連結されているサイクロン６に導入され、チャーと可燃ガスに固気分離され、可燃ガスはダクト７を介して燃焼炉８に導入されで燃焼する。
【００１２】
可燃ガスは、燃焼炉８の上部より導入して下方に向かって流れ、燃焼空気吹き込み口１９から供給される燃焼空気と混合して燃焼しながら下流側に向かう。燃焼炉８の下流側には、燃焼炉８で発生する燃焼ガスの顕熱を回収するボイラ９を連結している。このボイラ９と燃焼炉８とは下方をケーシング１０で連結しており、燃焼炉８で発生する燃焼ガスはこのケーシング１０を通ってボイラ９へ導入される。このケーシング１０は耐火材が内張りされた耐熱構造で、ケーシング１０のボイラ９側にはバーナー１７を設置して燃焼炉８から発生する燃焼ガスを完全燃焼させるための空気を吸い込むようになっている。このように、ケーシング１０の後燃焼部２０に設けたバーナー１７から燃焼空気を供給することで、ケーシング１０は燃焼ガス未燃分を完全燃焼させる後燃焼領域として機能する。
【００１３】
このケーシング１０には、燃焼炉８で発生するスラグを溶融するチャー旋回溶融炉１１を配設している。旋回溶融炉１１はケーシング１０と仕切１８を設けた一体型となっており、設備をコンパクトにできている。サイクロン６で分離したチャーは、一旦チャーホッパ１２に貯留した後、チャーホッパ１２よりフイーダにより定量切り出しし、酸素富化空気１３により気流搬送し、チャー旋回溶融炉１１に吹き込むようになっている。
【００１４】
旋回溶融炉１１へのチャーの吹き込みは、図２に示すように、吹き込み口１４が旋回溶融炉１１の壁面に沿って吹き込むようになつており、この吹き込みによってチャーは溶融炉１１内を旋回する。チャーを気流搬送した酸素富化空気１３は旋回溶融炉１１においてチャーの燃焼空気となり、チャーの量に対して０．７〜１．０の空気比の酸素量となるように調整することで、酸素欠乏の状態でチャーを燃焼溶融する。
【００１５】
旋回溶融炉材で発生する排ガスは、ケーシング１０に流出し、燃焼炉８の燃焼ガスと混合され、ケーシング１０の後燃焼部２０を通過してボイラ９へ流出する。後燃焼部２０では、バーナー１７から空気を吹き込んでいるので混合ガスは完全燃焼されてボイラ９へ流出する。
この状態でチャーを燃焼させることで、チャーに含有する重金属が揮発し、重金属の少ない溶融スラグ１６を生成することができる。
【００１６】
また、旋回溶融炉１１内にサイクロン６で分離した可燃ガスの一部を旋回溶融炉１１内に還元ガス吹き込み口１５より吹き込んで、還元雰囲気中でチャーの燃焼溶融を行うことで、チャー中の重金属が還元され、さらに重金属の含有量が少ないスラグを生成することができる。還元ガスの旋回溶融炉１１への吹き込み口１５は、図２に示すように、旋回溶融炉１１の壁面に沿って旋回しているチャーに沿うように吹き込むと還元効果は一層高まって重金属の少ないスラグを生成することが可能となる。
【００１７】
旋回溶融炉１１で発生した排ガスは，燃焼炉８の排ガスとケーシング１０内で混合され（図１の矢印参照）、ケーシング１０内の後燃焼部２０に吹き込まれる燃焼空気１７によって完全燃焼し、ボイラ９へ送られる。
【実施例】
【００１８】
まず、スラグの溶融を還元雰囲気で行うことによって重金属類揮発促進への効果を見るための実験を行った。ガス化炉排出スラグに鉛源として鉛ガラスを添加、スラグ中鉛濃度を１０００ppmに調整したスラグ５００ｇを坩堝に入れ、坩堝を誘導加熱炉で作成した高温メタル浴中で加熱→再溶融し、溶融前後の鉛濃度を測定し揮発割合を求めた。加熱時間は３０分、還元雰囲気の形成は、使用する坩堝を黒鉛坩堝とし、更に還元剤としてスラグ中にコークスを加えることで実現した。酸化溶融ではシリカ坩堝を使用した。
【００１９】
実験は酸化雰囲気、還元雰囲気それぞれについて１３００℃、１４００℃、１５００℃において行った。
その結果を以下の表１に示す。
〔表１〕
揮発割合結果                                          
１３００℃    １４００℃    １５００℃  
酸化雰囲気        ０％        １２％        １９％
還元雰囲気      ４１％        ６７％        ９９％    
【００２０】
全ての条件において、酸化雰囲気と比較して、還元雰囲気における揮発率が高くなった。特に１５００℃の還元雰囲気溶融においては、９９％と殆どの鉛が揮発し、スラグ中含有鉛濃度は５ppmと非常に低い値となった。この実験より、溶融を還元雰囲気とすることでスラグ中重金属類の揮発が促進される効果が示唆された。
【００２１】
上記実験結果を受け、１日当たりの処理量が１０ｔ／ｄの試験プラントにおいて試験を行った。設備構成は図１と同等のものを使用した。チャー旋回溶融炉１１に、ホッパ１２に一次貯留したチャーを定量で切り出し、そのチャー燃焼用に酸素濃度３０％に調整した酸素富化空気１３を供給しチャーを燃焼、溶融を行う。本試験では一般ごみ処理時において、チャー旋回溶融炉への酸素富化空気１３の供給量を調整することで、空気比を変更しての操業を行い、旋回溶融炉１１から排出されるスラグ１６の性状データを採取した。空気比は１．３、１．０、０．７の３通りについて行った。
結果を以下の表２に示す。
〔表２〕
空  気  比          ０．７    １．０    １．３    １．３（還元ガス吹込）    スラグ中鉛濃度[ppm]      8〜14    12〜22    80〜130   27〜48                  飛灰中未燃炭素濃度[wt%]    0.02      O.01      0.01      O.02                 
【００２２】
空気比１．３と比較して空気比０．７、１．０ではスラグ中鉛濃度が低くなっており、還元雰囲気溶融により、重金属類の揮発が促進されスラグ中鉛濃度を低減できた。また空気比０．７と１．０の比較では殆ど値に差はなく、空気比を１．０程度まで低減すれば還元雰囲気が充分に形成され、スラグ中鉛濃度を低減可能であった。
【００２３】
次にスラグ中鉛濃度が高かった空気比１．３の条件において、ガス化炉排ガスの一部を分岐して、チャー旋回溶融炉下部より吹き込みを行った。排ガスはＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４を主成分とする還元性ガスであり、ガスの吹き込み量はガスとチャーを合わせた可燃分に対する空気比が１．０となる量とした。その結果、吹き込み無しと比較して約１／５程度まで鉛濃度を低減することができた。また各条件において、飛灰中未燃炭素濃度を測定し、プラントの燃焼性を監視した。その結果、全ての条件において未燃炭素濃度は０．０２％以下と非常に低く保たれ、旋回溶融炉の空気比を１．０以下としても、後燃焼炉で完全燃焼され、プラントの燃焼性には問題ないことが示された。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例及び試験プラント設備構成を示す旋回溶融炉のフロー図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図。
【符号の説明】
【００２５】
１：流動床ガス化炉
２：廃棄物投入口
３：流動ガス装入口
４：不燃物
５：ダクト
６：サイクロン
７：ダクト
８：燃焼炉
９：ボイラ
１０：ケーシング
１１：チャー旋回溶融炉
１２：チャーホッパ
１３：酸素富化空気
１４：チャー吹き込み口
１５：還元ガス吹き込み口
１６：溶融スラグ
１７：バーナー
１８：仕切板
１９：燃焼空気吹き込み口
２０：後燃焼部
【図１】
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【図２】
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